論文の概要: Accelerating Quantum Dense-Output Simulation through Locality

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.40094v1
• Date: Wed, 30 Sep 2026 16:32:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-01 18:57:28.086428
• Title: Accelerating Quantum Dense-Output Simulation through Locality
• Title（参考訳）: 局所性による量子密度出力シミュレーションの高速化
• Abstract要約: 時間蓄積オブザーバブル(あるいは密度の高い出力)を推定することは、量子シミュレーションから古典的な情報を抽出する中心である。 以前のハミルトニアンシミュレーションに基づく高密度出力アルゴリズムは、全ハミルトニアンのノルムに依存するクエリコストを持つ。 格子ハミルトニアンの高密度出力問題に対する局所性に基づくトラニケートフレームワークを開発する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.129946831139696
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Estimating time-accumulated observables, or dense outputs, is central to extracting classical information from quantum simulations. Whereas most quantum-simulation algorithms aim to reproduce a final state or a single-time expectation value, many applications require the integrated signal $J_H(O)=\int_0^T \langle ψ(t)|O(t)|ψ(t)\rangle\,dt$. Previous Hamiltonian-simulation-based dense-output algorithms have query costs that depend on the norm of the full Hamiltonian, which can grow with system size. However, one can naturally optimize the simulation algorithm when the system structure is known. Consequently, we develop a locality-based truncation framework for the dense-output problem on lattice Hamiltonians. By truncating the Hamiltonian and tightening the resulting error with Lieb-Robinson bounds, we show that a local simulation can recover the dense output. We bound the quantum simulation error from spatial truncation and translate it into local-simulation query bounds. Our analysis includes free and interacting systems for both fermions and bosons, as well as open quantum systems governed by Lindbladians. The improvement from our truncation algorithm varies from constant to unbounded as the system size grows. We also give example applications and conduct relevant numerical experiments to support our findings.
• Abstract（参考訳）: 時間蓄積オブザーバブル(あるいは密度の高い出力)を推定することは、量子シミュレーションから古典的な情報を抽出する中心である。 ほとんどの量子シミュレーションアルゴリズムは最終状態や単一時間の期待値を再現しようとするが、多くのアプリケーションは統合信号 $J_H(O)=\int_0^T \langle >(t)|O(t)|O(t)\rangle\,dt$ を必要とする。 従来のハミルトニアンシミュレーションに基づく高密度出力アルゴリズムは、システムサイズで増大するハミルトニアン全体のノルムに依存するクエリコストを持つ。 しかし、システム構造が分かっていれば、シミュレーションアルゴリズムを自然に最適化することができる。 そこで我々は,格子ハミルトニアンの高密度出力問題に対する局所性に基づくトラニケーションフレームワークを開発した。 ハミルトニアンを切断し、その結果の誤差をリーブ・ロビンソン境界で締め付けることで、局所シミュレーションが高密度出力を回復できることを示す。 我々は、空間的切り離しから量子シミュレーション誤差を束縛し、それを局所シミュレーションクエリ境界に変換する。 我々の分析には、フェルミオンとボソンの両方の自由相互作用系とリンドブラディアンが支配するオープン量子系が含まれる。 切り抜きアルゴリズムの改善は, システムサイズが大きくなるにつれて, 一定値から非有界値に変化する。 また,本研究の応用例を示し,本研究の成果を裏付ける数値実験を行った。

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